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Etude de l’influence du prétraitement par lavage de MIDND sur leur comportement à la lixiviation
Ola Hammoud, Denise Blanc, Maria Lupsea-Toader, Leo Kaufman, Christine de Brauer
To cite this version:
Ola Hammoud, Denise Blanc, Maria Lupsea-Toader, Leo Kaufman, Christine de Brauer. Etude de
l’influence du prétraitement par lavage de MIDND sur leur comportement à la lixiviation. 16ème
Congrès de la Société Française de Génie des Procédés - SFGP 2017, Jul 2017, Nancy, France. �hal-
02052648�
Etude de l’influence du prétraitement par lavage de MIDND sur leur comportement à la lixiviation
Hammoud Ola*, Blanc Denise, Toader-Lupsea Maria, Kaufman Léo et de Brauer Christine Université de Lyon, INSA-Lyon, France
INSA Lyon, France.
DEEP (Déchets Eaux Environnement et Pollutions – Wastes Water Environment Pollutions), 20 avenue Albert Einstein, F-69621 Villeurbanne, France
*ola.hammoud@insa-lyon.fr
Résumé
La valorisation des mâchefers d’incinération de déchets non dangereux (MIDND) est conditionnée par leurs teneurs intrinsèques en éléments polluants tels que le COT, les BTEX, les PCB, les hydrocarbures, les HAP, les dioxines et les furanes, d’une part et, d’autre part, par la fraction lixiviable des éléments traces métalliques (ETM). Le comportement à la lixiviation est évalué sur la base des résultats d’un essai normé (NF EN 12457-2 et Arrêté du 18 novembre 2011). Certains éléments traces métalliques, tels que l’antimoine, le plomb et le cuivre sont identifiés comme étant régulièrement limitant vis-à-vis de la valorisation des mâchefers (Amorce, 2012). Il apparait de ce fait intéressant d’envisager de traiter les mâchefers avant leur valorisation dans le double objectif de réduire la fraction lixiviable des polluants limitants et de produire un matériau plus homogène et stable dans le temps, soit plus facilement intégrable dans des formulations de matériaux de construction. Dans ce contexte, la démarche suivie a permis d’étudier l’influence d’un protocole de lavage des mâchefers sur la lixiviation des ETM les plus critiques vis-à-vis de la valorisation de ce matériau.
Dans un premier temps, l’influence de différents paramètres sur la qualité du lavage des mâchefers a été évaluée. Les paramètres pris en compte sont la nature et la concentration de la solution de lavage, la durée du lavage, le ratio L/S et la granulométrie de la phase solide. Sur la base des résultats obtenus, un protocole de lavage optimisé a ensuite été défini. Les principaux résultats de l’étude montrent qu’un lavage court avec une solution faiblement concentrée en acide chlorhydrique et un faible ratio L/S permet de fortement réduire la lixiviation des métaux. Il est apparu, en revanche, que le lavage doit être suivi d’un rinçage pour une meilleure efficacité.
Dans un second temps, les données collectées lors de ces essais ont été exploitées pour modéliser, à l’aide du logiciel de modélisation géochimique : PHREEQC®, le comportement des mâchefers lors des différentes phases du lavage. La modélisation montre une bonne cohérence entre les concentrations expérimentales et calculées pour certains éléments (Ca, S…). Elle permet aussi de comprendre l’évolution de différents ETM et d’anions (Cl- et SO42-), à travers la mise en évidence des mécanismes de dissolution et de précipitation des phases minéralogiques identifiées.
Mots-clés : mâchefers, éléments traces métalliques, prétraitement par lavage, lixiviation, modélisation géochimique.
1. Introduction
Les MIDND sont les résidus solides, essentiellement minéraux, recueillis en sortie basse des fours d’incinération de déchets non dangereux. En France, la réglementation relative à la valorisation des MIDND, qui s’appuie sur la détermination de leur caractère polluant, est devenue plus contraignante depuis l’arrêté du 18 novembre 2011. Dans cet arrêté, le caractère polluant des MIDND est, pour la pollution minérale, mesuré par un test de lixiviation à l’eau statique normé (NF EN 12457-2). Les concentrations en de nombreux éléments métalliques dans les éluats doivent désormais respecter des valeurs limites durcies.
La pollution organique (BTEX, PCB, hydrates de carbone, HAP, dioxines et furanes) est, quant à elle, mesurée de manière intrinsèque.
Cet arrêté a eu pour effet de réduire les conditions de valorisation des MIDND, favorisant un stockage toujours plus important (CEREMA, 2014). Face à cette situation, il apparait intéressant d’étudier la
faisabilité technique et environnementale d’un traitement des mâchefers en vue de réduire leur caractère polluant afin de générer des matériaux minéraux intéressants pour l’utilisation en construction.
La solidification par liants hydrauliques, la stabilisation chimique, la fusion thermique ou l’extraction par lavage ont été proposées pour améliorer la qualité des MIDND en réduisant leur fraction lixiviable (Crannell et al. 2000 ; Santos et al. 2013 ; Hong et al. 2000 ; Chimenos et al. 2005 ; Keulen et al., 2016, Yang et al., 2012). En France, seules les techniques visant à extraire la fraction soluble sont reconnues par les autorités pour ouvrir de nouvelles voies de valorisation. Dans ce contexte, un certain nombre de conditions d’extractions ont été testées à l’échelle laboratoire afin de définir un protocole de lavage complet, visant à obtenir des mâchefers de qualité constante dans le temps et valorisables. Le protocole, constitué de quatre étapes, a été défini, testé et modélisé afin d’observer l’impact de chacune des étapes sur les principaux ETM et anions contenus dans les MIDND. La modélisation géochimique mise en œuvre dans cette étude a permis à travers la dissolution/précipitation des phases minérales constitutives des mâchefers d’observer le comportement chimique à chaque étape de lavage.
2. Matériels et méthodes
2.1 MIDND étudiés
Les mâchefers ont été prélevés sur une UVE (Unité de Valorisation Energétique), située dans la région Auvergne-Rhône-Alpes. Les déchets traités proviennent majoritairement d’ordures ménagères, de DIB (Déchets Banals Industriels) et de déchets encombrants. L’incinérateur est de type « four à grille » et produit environ 60 tonnes de mâchefers par jour. 300 kg de MIDND ont été prélevés. Le prélèvement a été effectué pendant un mois à raison de 10 à 20 kg par jour pour que l’échantillonnage soit représentatif. Les MIDND ont été séchés pendant une semaine à 80 °C dès réception au laboratoire. Les métaux ferreux et non ferreux ont été éliminés par séparation magnétique et courants de Foucault. Un quartage a enfin été réalisé pour obtenir des sous-échantillons homogènes.
Trois fractions granulométriques ont été préparées par tamisage, respectivement notées (V<2) pour la fraction 0-2 mm, (V2-5) pour la fraction de granulométrie comprise entre 2 et 5 mm et (V>5) pour la fraction supérieure à 5 mm. Pour faciliter la manipulation à l’échelle du laboratoire, la fraction grossière a été broyée pour obtenir des grains de taille comprise entre 0 et 5 mm.
2.2 Etude du comportement à la lixiviation (test de lixiviation EN 12457-2)
Selon l’arrêté du 18 novembre 2011, les fractions lixiviables des matériaux étudiés avant et après traitement par lavage ont été déterminées par le test de lixiviation statique normé EN 12457-2. D’après la norme, une masse S de solide est mise en contact avec un volume L d’eau déminéralisée, selon un ratio liquide sur solide (L/S) de 10 L.kg-1. Le temps de mise en contact est de 24 h. L’ensemble est maintenu sous agitation tout au long de l’essai (éluteur rotatif à 10 rpm). Ce test de lixiviation a été réalisé en triplicata. A l’issue des tests de lixiviation, les concentrations dans les éluats ont été mesurées par plasma induit par haute fréquence - spectrométrie de masse (ICP-MS) pour les ETM et chromatographie ionique (CI) pour les anions. Dans tous les cas, les concentrations des 12 éléments présents dans l’arrêté du 18 novembre 2011 ainsi que celles des ions chlorures et sulfates ont été mesurées.
2.3 Etude des paramètres du procédé de lavage
Les MIDND ont été traités par lavage chimique. Différents paramètres du lavage ont été étudiés : la nature de la solution de lavage, le temps du lavage, la concentration de la solution de lavage, le ratio L/S ainsi que l’efficacité du lavage selon la granulométrique des MIDND (Kaufman, 2015). Le tableau 1 reprend les valeurs testées pour les différents paramètres. Un protocole de base a été choisi comme référence. Il s’agit d’un lavage de la fraction V<2 avec une solution d’acide chlorhydrique de 0,18 mol.L-1, une mise en contact de 6 h et un ratio L/S de 10 L.kg-1. L’influence de chaque paramètre a été étudiée en conservant les autres paramètres identiques à ceux du protocole de base. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus en appliquant le protocole de base (en gras dans le tableau 1).
Tableau 1. Valeurs des différents paramètres testés lors du traitement par lavage des MIDND.
Composé chimique (concentration) HCl (0,18 M)
HNO3 (0,5 M)
EDTA (0,05 M)
Temps de lavage (h) 1 3 6 24
Concentration en HCl (mol.L-1) 0,18 0,50 1,00 1,50
Ratio L/S 2 5 10
Fractions granulométriques testées (mm) V<2 V2-5 V>5
Après les différents lavages appliqués, la phase solide a été séparée de la phase liquide par filtration (0,45 µm) sur papier filtre (acétate de cellulose), séchée à l’étuve à 80 °C pendant 24 h et lixiviée selon la norme NF 12457-2 décrite ci-dessus. Les concentrations en ETM et anions dans les éluats issus des essais de lixiviation ont été respectivement mesurées par ICP-MS et CI.
2.4 Protocole de lavage complet
Un protocole de lavage complet, comportant plusieurs étapes de prélavage, d’extraction et de rinçages, a été étudié (pour plus de détail voir § 3.1.7). Ce protocole comportait les 4 étapes suivantes :
- Prélavage à l’eau : agitation 1 h, L/S = 2,
- Extraction par HCl : 0,2 M, agitation 1 h, L/S = 2, - Rinçage à l’eau : agitation 1 h, L/S = 2,
- Rinçage à l’eau : agitation 1 h, L/S = 2.
A l’issue de ces 4 étapes, le mâchefer solide a été séparé de la phase liquide par centrifugation et séché à l’étuve à 80 °C pendant 24 h avant lixiviation selon la norme EN 12457-2.
Après chaque étape, les solutions ont été filtrées à 0,45 µm sous vide sur papier filtre (acétate de cellulose) et leurs concentrations en ETM et anions ont été respectivement mesurées par ICP-MS et CI.
2.5 Modélisation géochimique
Toutes les étapes du protocole de lavage complet décrit ci-dessus, ainsi que les tests de lixiviation ont été modélisés en utilisant le logiciel de calcul géochimique PHREEQC® (version 3) développé par l’USGS (United States Geological Survey) (Parkhurst et Appelo, 1999). La base de données LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) a été utilisée. Ce logiciel permet de simuler la mise en contact d’un solide représenté par un ensemble de phases minérales, appelé assemblage minéralogique, avec une phase liquide, appelée solution. De récents travaux ont permis de définir un assemblage minéralogique représentatif d’un mâchefer (Gonzales M.-L., 2014). Cet assemblage a été utilisé comme données d’entrée dans le cadre de ces travaux. Lors des différentes étapes, les éléments présents dans la phase liquide et le ratio L/S ont été modifiés pour représenter chaque solution de lavage, d’extraction ou de rinçage. Tous les calculs ont été réalisés en faisant l’hypothèse de l’équilibre thermodynamique. A chaque étape, l’assemblage minéralogique issu du calcul précédent est utilisé comme données d’entrée. Le pH des phases liquides après l’atteinte de l’équilibre thermodynamique et les concentrations théoriques en différents éléments (majeurs, ETM et anions) sont comparées aux concentrations mesurées expérimentalement. Quatre étapes de calculs sont ainsi réalisées. Enfin, une dernière étape simulant la lixiviation finale est réalisée. Les résultats obtenus sont comparés à ceux issus de la lixiviation expérimentale.
3. Résultats et discussions
3.1 Influence des différents paramètres de lavage sur la lixiviation des MIDND 3.1.1 Fraction lixiviable avant lavage
L’efficacité du lavage appliqué est évaluée en comparant les fractions lixiviables des différentes fractions granulométriques du mâchefer brut mesurées avant et après lavage (figure 1). Ces concentrations sont comparées aux seuils pour l’usage de type 2 en techniques routières selon l’arrêté du 18 Novembre 2011.
Figure 1. Résultats de lixiviation à l’eau pour les trois fractions (NF EN 12457-2). – Comparaison avec les seuils de valorisation de type 2 selon l’arrêté du 18/11/2011. *Inférieur à la limite de quantification.
Le seuil pour l’usage des MIDND en techniques routières de type 2 est satisfait pour tous les ETM ainsi que pour les sulfates, quelle que soit la fraction granulométrique. En revanche, pour les chlorures, le seuil est dépassé pour les fractions granulométriques fines et intermédiaires. Ainsi, en l’état, seule la fraction grossière serait valorisable.
3.1.2 Influence de la nature de la solution de lavage
Trois solutions de lavage différentes ont été testées sur la fraction fine des MIDND (V<2) qui présente le plus souvent les concentrations relarguées les plus élevées (cf. figure 1). Les fractions lixiviables obtenues après le lavage sont comparées à la fraction lixiviable du mâchefer brut (V<2) et aux seuils de valorisation en techniques routières de type 2 dans la figure 2.
Figure 2. Fraction lixiviable (mg/kg de mâchefer) avant (brut) et après lavage pendant 6 h de la fraction fine (V<2) à l'HCl 0,18 M, à l’HNO3 0,8 M et à l’EDTA 0,05 M. *Inférieur à la limite de quantification.
Le comportement des éléments varie selon la solution de lavage. Ceci est notamment dû à la forme chimique initiale de l’élément ou à sa spéciation. En fait, l’acide nitrique est oxydant alors que l’EDTA joue le rôle d’un complexant, connu pour sa capacité à chélater les métaux lourds (Hu et al., 2014). Par exemple, l’arsenic, le baryum, le molybdène et le nickel sont plus lixiviés avec l’acide nitrique ; tandis que, le plomb et le cadmium sont plus lixiviés avec la solution d’EDTA. L’acide chlorhydrique apparait comme un bon extractant pour la plupart des éléments. C’est pourquoi l’acide chlorhydrique a été conservé pour l’ensemble des essais.
3.1.3 Influence du temps de lavage
Les résultats obtenus lors du lavage de la fraction V<2 à l’acide chlorhydrique (0,18 M) selon un ratio L/S de 10 et pour différents temps de lavage sont présentés figure 3. Ces résultats sont comparés aux fractions lixiviables de cette même fraction fine avant lavage (brut).
Figure 3. Fraction lixiviable (mg/kg de mâchefer) après lavage à l'HCl 0,18 M de la fraction fine (V<2), selon un ratio L/S de 10 pendant 1, 3, 6 et 24 h. *Inférieur à la limite de quantification.
Quel que soit le temps de lavage, une réduction de la concentration globale en métaux dans les éluats est observée par rapport aux concentrations initiales de l’éluat du mâchefer brut, sauf pour le chrome et l’antimoine. Après lavage, le caractère lixiviable du plomb par exemple est réduit d’au moins 80 %, celui du zinc d’environ 90 % et celui du cuivre d’environ 60 % par rapport au mâchefer brut quelle que soit la durée du lavage. Pour le cuivre et le molybdène seuls, la prolongation du lavage à 24h apporte un bénéfice appréciable. Pour tous les éléments suivis, excepté l’antimoine, il n’y a pas de différences marquées entre 1 h et 6 h de lavage. Ainsi, il n’apparait pas nécessaire de prolonger la durée des lavages au-delà de 1 h.
3.1.4 Influence de la concentration en acide de la solution de lavage
Les résultats obtenus lors du lavage de la fraction V<2 avec des solutions d’acide chlorhydrique de différentes concentrations sont présentés figure 4. Ces résultats sont, là encore, comparés aux fractions lixiviables de cette même fraction fine avant lavage.
Figure 4. Fraction lixiviable (mg/kg de mâchefer) après lavage de la fraction fine (V<2) pendant 6 h avec des solutions d'HCl à 0,18, 0,5, 1 et 1,5 M. *Inférieur à la limite de quantification.
Le lavage permet de solubiliser une quantité de plus en plus importante pour la plupart des métaux lorsque la concentration en acide augmente. Mais il semble qu’une partie de ces métaux est adsorbée ou coincée dans la phase solide et cette partie n’est pas éliminée lors de la filtration. En revanche, elle est facilement disponible et extraite lors de la lixiviation, ce qui explique que la fraction lixiviable augmente pour les très fortes concentrations en acide pour tous les métaux, sauf le chrome et l’antimoine. En ce qui concerne les anions, compte-tenu de l’utilisation d’acide chlorhydrique, la concentration en Cl- augmente lors de l’augmentation de la concentration en acide de la solution du lavage par contre, celle du SO42- diminue. La diminution de la concentration en SO42- montre l’efficacité du lavage ; contrairement aux métaux, les sulfates sont plus solubles dans la solution acide et moins adsorbés à la phase solide.
3.1.5 Influence du ratio L/S
Trois ratios L/S ont été testés sur la fraction fine (V<2), en utilisant une solution de lavage d’HCl (0,18 M) pendant 6 h. Les résultats obtenus en termes de fraction lixiviable sont comparés aux mâchefers bruts (V<2) sur la figure 5.
Figure 5. Fraction lixiviable (mg/kg de mâchefer) après lavage de la fraction V<2 à l'HCl 0,18 M pendant 6 h pour les ratios L/S de 2, 5 et 10 L.kg-1 . *Inférieur à la limite de quantification.
Les résultats montrent que l’efficacité du lavage en fonction du ratio L/S est particulière à chaque métal.
Pour un faible ratio L/S, la mobilisation des éléments est plus faible que pour la fraction fine du mâchefer avant lavage. Ce résultat n’est toutefois pas vrai pour le chrome et l’antimoine. Pour les anions, l’influence du ratio L/S n’a été mesurée que pour le ratio L/S = 2.
3.1.6 Influence de la granulométrie du solide
La figure 6 montre les fractions lixiviables obtenues avant et après lavage à l’acide chlorhydrique (0,18 M) des trois fractions granulométriques.
Figure 6. Fraction lixiviable (mg/kg de mâchefer) après lavage pendant 6 h. à l'HCl 0,18 M pour les fractions fines, intermédiaires et grossières, comparaison avec les fractions brutes respectives et les seuils de valorisation de type 2
selon l’arrêté du 18/11/2011. *Inférieur à la limite de quantification.
Comme cela a déjà pu être observé dans la littérature, les résultats confirment que selon la granulométrie, la lixiviation varie (Gonzalez M.-L. et al., 2014 ; Chen C-K. et al., 2008). Cette observation indique que selon la granulométrie, la spéciation et donc la solubilité ou disponibilité des éléments n’est pas la même.
Cela reste vrai après le lavage. Selon les éléments, les conclusions sont différentes. Par exemple, après lavage, la fraction lixiviable de l’arsenic et du nickel augmente avec la granulométrie. Des résultats contraires sont observés pour le chrome, le cuivre et le zinc. Il semble que les fractions fines sont plus sensibles au lavage, ceci étant sans doute dû à l’augmentation de la surface d’échange entre les phases solide et liquide au cours du lavage.
3.1.7 Synthèse des résultats et définition d’un protocole complet de lavage
L’analyse des résultats précédents a permis de définir un protocole de lavage complet ayant pour ambition de répondre aux exigences industrielles. Ainsi, la solution de lavage choisie était une solution d’acide chlorhydrique faiblement concentré (0,2 M). Il a été observé que le temps de contact n’avait qu’une faible influence, il a donc été limité à 1 heure. Le ratio L/S a également été limité pour éviter la production trop importante d’effluents liquides à traiter. Néanmoins, à la lecture des résultats précédents, et pour éviter le
phénomène de piégeage des polluants solubilisés dans la phase solide (notamment l’antimoine qui dépasse régulièrement les seuils de valorisation de type 2 de l’arrêté), il a été impératif d’introduire dans le protocole a minima un rinçage à l’eau après l’étape de lavage. Le protocole retenu a été détaillé dans la partie matériels et méthodes (§ 2.4). Ce protocole a été testé et modélisé. Les résultats obtenus sont présentés ci-dessous.
3.2 Mise en œuvre du protocole de lavage complet des MIDND et modélisation géochimique 3.2.1 Evolution du pH et de l’assemblage minéralogique
La figure 7 présente l’évolution des pH mesurés et simulés au cours de la mise en œuvre du protocole de lavage complet.
Figure 7. Evolutions théorique et expérimentale du pH au cours des différentes étapes de prélavage, extraction et rinçages.
Ces résultats montrent que le pH expérimental évolue à chaque étape. La valeur la plus basse est obtenue au cours de l’étape d’extraction, sans atteindre toutefois le pH de la solution d’acide chlorhydrique. Ceci indique que le mâchefer a un pouvoir tampon important. L’augmentation constante du pH au cours des étapes de rinçages et lors de la lixiviation finale montre que l’équilibre thermodynamique n’est pas atteint.
Malgré le lavage, le pH obtenu lors de la lixiviation finale reste supérieur à 10.
Pour ce qui concerne le pH théorique, après l’étape d’extraction, il reste constamment égal à 11,21. Ce résultat est dû au fait qu’à l’étape d’extraction, et compte-tenu de l’hypothèse de l’équilibre thermodynamique, beaucoup de phases sont dissoutes et les assemblages du rinçage 1 et du rinçage 2 sont identiques. Le pH obtenu après la lixiviation finale est très légèrement différent (11,23), du fait que le ratio L/S de lixiviation n’est pas le même que celui des étapes de lavage. L’hypothèse de l’équilibre thermodynamique étant trop contraignante, une amélioration des résultats théoriques pourrait être obtenue en introduisant des cinétiques de dissolution pour les phases majoritaires.
3.2.2 Evolution de la concentration en éléments majeurs
Dans le cadre de la modélisation géochimique, il est généralement préconisé de valider l’assemblage minéralogique à l’aide du comportement chimique des éléments majeurs présents dans le solide étudié (Islam et al., 2016 ; Cornelis et al., 2012 ; Peyronnard et al., 2009). C’est pourquoi, les concentrations des principaux éléments majeurs présents dans les mâchefers ont été mesurées au cours des différentes étapes du protocole de lavage (cf. figure 8).
Figure 8. Evolution de la fraction lixiviable des éléments majeurs au cours des différentes étapes de lavage.
Comparaison entre les résultats expérimentaux (surfaces pleines) et théoriques (surfaces hachurées).
Sur la figure 8, il est possible d’observer que les ordres de grandeurs obtenus théoriquement sont bien corrects. Toutefois, les résultats sont contrastés selon les éléments. Les fractions lixiviables des éléments pour lesquels l’assemblage minéral est le plus complet, le calcium par exemple, sont bien modélisées. Pour l’aluminium et le soufre, les évolutions au cours des étapes sont bien représentées. Par contre, la modélisation du silicium est plus complexe, et les résultats sont moins convaincants pour cet élément.
3.2.3 Evolution de la concentration des principaux ETM
Selon le même format, les fractions lixiviables des principaux ETM ont été représentées pour les différentes étapes du protocole (cf. Figure 9).
Figure 9. Evolution de la fraction lixiviable de quelques ETM au cours des différentes étapes de lavage.
Comparaison entre les résultats expérimentaux (surfaces pleines) et théoriques (surfaces hachurées).
La modélisation des fractions lixiviables des ETM aboutit aux mêmes conclusions que pour les éléments majeurs, à savoir que les éléments bien définis dans l’assemblage comme le zinc sont bien modélisés au cours des étapes de lavage tandis que les éléments moins bien définis, tels que le plomb ou le cuivre, ne sont pas bien modélisés. Pour améliorer cela, il faudrait revenir sur l’étape d’identification de l’assemblage minéral en améliorant la représentation de ces ETM dans le solide. Ceci implique de mesurer la capacité de neutralisation acide (ANC) des mâchefers en mesurant la lixiviation des ETM à différents pH.
3.2.4 Evolution de la concentration des chlorures et sulfates
Enfin, les résultats obtenus pour les anions sont représentés Figure 10. Il est possible d’observer une solubilisation importante des chlorures lors du prélavage. Cette solubilisation est bien représentée par la modélisation. De ce fait, lors des étapes d’extraction et de rinçages, les fractions lixiviables sont moins importantes. Pour ces trois étapes, les résultats théoriques sont nuls, car tout le chlore contenu dans l’assemblage initial a disparu lors de l’étape d’extraction. Pour cet élément, la modélisation n’est donc pas efficace, l’hypothèse d’équilibre thermodynamique étant trop contraignante.
En revanche, pour les sulfates, même si des écarts sont observés entre les résultats théoriques et les résultats expérimentaux, les fractions lixiviables suivent la même évolution entre les différentes étapes.
Figure 10. Evolution des fractions lixiviables des anions au cours des différentes étapes de lavage.
Comparaison entre les résultats expérimentaux (surfaces pleines) et théoriques (surfaces hachurées).
4. Conclusions
Afin de rendre la qualité des MIDND plus constante dans le temps et faciliter ainsi leur valorisation en construction, il semble pertinent d’appliquer un prétraitement de type lavage/extraction des métaux. Au cours de ces travaux, l’influence de différents paramètres de lavage sur la fraction lixiviable des principaux ETM a été étudiée. Les résultats obtenus ont permis de définir un protocole de lavage complet constitué de 4 étapes, dont deux rinçages. En effet, un rinçage dynamique s’est avéré nécessaire pour éliminer la fraction des métaux solubilisée au cours de l’étape d’extraction, mais adsorbée ou coincée sur la phase solide. Par ailleurs, Il a été observé qu’un faible ratio L/S permet un prétraitement efficace, ce qui limite la production d’effluent liquide. Egalement, le temps de lavage ne semble pas très influent et des résultats intéressants ont été obtenus pour de courts temps de lavage. Enfin, une modélisation géochimique du protocole de lavage complet à l’aide du logiciel PHREEQC® a été réalisée. Les résultats obtenus ont montré que pour rendre cette modélisation fiable, il est impératif de définir un assemblage minéralogique représentant les mâchefers le plus complet et pertinent possible. Egalement, compte-tenu des temps de lavage courts, la modélisation de ce prétraitement nécessite l’introduction de cinétiques de dissolution/précipitation des phases minérales constituant les mâchefers.
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Remerciements
Les auteurs remercient Provademse pour l’aide technique et les syndicats intercommunaux de gestion de déchets pour l’aide financière.
Influence of chemical pre-treatment on the leaching behaviour of bottom ash
Hammoud Ola*, Blanc Denise, Toader-Lupsea Maria, Kaufman Léo et de Brauer Christine Université de Lyon, INSA-Lyon, France
INSA Lyon, France.
DEEP (Déchets Eaux Environnement et Pollutions – Wastes Water Environment Pollutions), 20 avenue Albert Einstein, F-69621 Villeurbanne, France
*ola.hammoud@insa-lyon.fr
The valorisation of Municipal Solid Waste Incineration-Bottom Ash (MSWI-BA) is conditioned by its intrinsic content of pollutants such as TOC, BTEX, PCBs, hydrocarbons, PAHs, dioxins and furans, and by the leachable fraction of the metal trace elements (MTEs). The leaching behaviour is evaluated according to the results of a standard test (NF EN 12457-2 and Arrêté18 Novembre 2011). Some MTEs, such as antimony, lead and copper, are identified as being repeatedly limiting with regard to the valorisation of bottom ash (Amorce, 2012). It thus, appears interesting to consider the pre-treatment of bottom ash, in view of: (i) reducing the leachable fraction of the pollutants and (ii) producing a more homogeneous and stable material over time which could simplify its valorisation in construction products.
In this context, a washing protocol of the bottom ash has been developed and the influence of various parameters of this washing protocol on the leaching of the most critical MTEs has been studied. The parameters taken into account are the nature and the concentration of the washing solution, the duration of the washing, the liquid-to-solid ratio and the particle size of the solid phase. Based on these results, an optimized washing protocol was defined. The main results of the study show that washing over a short period of time (1h) with a weakly concentrated hydrochloric acid solution (2M HCl) and a liquid-to-solid ratio of 2 reduces the leaching of metals. On the other hand, it has been shown that the washing must be followed by rinsing for a better efficiency.
Data collected during these tests at lab scale were used with the geochemical modelling software PHREEQC® to model the leaching behaviour of the bottom ash during the various phases of the washing protocol developed in this study. The simulation shows a good coherence between the experimental concentrations and the calculated ones in the eluates for certain elements (Ca, S ...). It helps at understanding the evolution of different MTEs and anions.
